2019 Fiscal Year Annual Research Report
Kinetics of primary processes in the organic solar cells by transient absorption and emission spectroscopies
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17K05760
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| Research Institution | Josai University |
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Principal Investigator |
見附 孝一郎 城西大学, 理学部, 教授 (50190682)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 有機太陽電池 / 色素増感太陽電池 / ペロブスカイト太陽電池 / 酸化チタンナノ粒子 / ヨウ化鉛 / 過渡分光 / 時間分解発光 / エキシトン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
軽量で低コストの色素増感太陽電池（DSSC）とペロブスカイト（Pv）太陽電池は典型的なメゾスコピック太陽電池であり、住宅建材やモバイル機器への応用が期待されている。我々は、（１）プラスチック基板上への高効率・長寿命・大面積のDSSCの構築、および（２）鉛フリーのPv太陽電池の開発という目標を掲げ、面積0.25cm2でエネルギー変換効率10%のセルの安定供給、分子レベルでの発電機構の解明、およびレーザー分光による評価技術の確立に取り組んでいる。
１．2種類のTiO2ナノ粒子を含む高品質ペーストと光反射層の利用により、多層構造のDSSCを作製し、膜厚とともに電流密度が上昇し８％を超える変換効率が得られた。次に、電流密度-電圧曲線、交流インピーダンスから内部抵抗を推定し変換効率への影響を考察した。明条件、暗条件ともにJ-V曲線が精度よく再現された。
２．Pv電池の層構成と成膜法を検討した。（ア）緻密TiO2層を高温焼成することでTiO2層が基板に強く結合され高効率の電子輸送が実現された。（イ）TiO2懸濁液中のナノ粒子の組成や分散剤の添加量を変え、多孔質TiO2層中にPv結晶の三次元接合が形成された。（ウ）PbI2の塗布後に基板を真空中に置き、CH3NH3Iとの反応で結晶成長が促進できた。
３．ストリークカメラと分光器から構成されるレーザー励起時間分解発光分光装置を用いて、太陽電池の光電変換電極の過渡発光を観測した。導電性ガラス基板上にTiO2やZrO2のナノ粒子薄膜を作製し、有機増感色素を吸着させたものを試料とした。得られた発光の時間減衰曲線を理論式に適合させ、ピーク解析でレーザーパルス幅の効果を除き、一重項励起状態からの失活過程に関する反応速度定数を決定した。ペロブスカイト中のエキシトンの拡散長およびその寿命を測定する目的で、エキシトンからの光ルミネッセンスを時間分解分光した。
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